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Zusammenhang der dynamischen Kniegelenksstabilität mit der Oberkörperkontrolle und der hüftumgebenden Muskelkraft

Association of dynamic knee stability with trunk control and force of hip muscles

  • Das Kniegelenk ist mitunter die am häufigsten betroffene Struktur bei Sportverletzungen, deren Auswirkungen nachhaltig die sportliche Leistung beeinträchtigen können. Für eine dynamische Kniestabilität sind neben einer kräftigen kniegelenksumgreifenden und hüftumgebenden Muskulatur eine optimale Oberkörperstabilität erforderlich, da eine erhöhte laterale Oberkörperneigung in erhöhten Knieabduktionswinkeln und -momenten resultieren kann. Die Hüftmuskulatur agiert als Bindeglied zwischen Oberkörper und unteren Extremitäten, beeinflusst die mechanische Kopplung und kann bei einer Schwäche in einer Veränderung des Schwerelots mit einhergehender Instabilität resultieren. Weiterhin beeinflusst die neuromuskuläre Kontrolle die Gesamtstabilität bei sportlichen Bewegungen, wobei die Ko-Kontraktion der ventralen und dorsalen Oberkörperseite in diesem Zusammenhang noch nicht untersucht wurde. Mit der vorliegenden Arbeit soll ein Beitrag zur Aufklärung der Kniestabilität bei verletzungsrelevanten Bewegungen unter systematischer Variation von Belastungsstufen geleistet sowie ein besseres Verständnis der mechanischen Kopplung mit Implikationen zu geeigneten Screening-Verfahren und Trainingsinterventionen erlangt werden. Forschungsdefizite aufgreifend, wurde eine 3D Bewegungsanalyse bei sportlich Aktiven und Judoka konzipiert, die (a) die Erfassung kinematischer, kinetischer und elektromyographischer Indikatoren integrierte, (b) die untere Extremität und den Oberkörper einbezog und die (c) verschiedene repräsentative Bewegungsaufgaben beinhaltete und systematisch variierte: Landungen und Sprünge, ein- und beidbeinig, vertikal und lateral, stabiler und instabiler Untergrund sowie dabei jeweils systematische Variation der Fall- bzw. Sprungdistanz. Daraus ergaben sich zwei zentrale Forschungsgegenstände: 1. Biomechanische Belastungsstruktur, Sprungleistung und neuromuskuläre Aktivierung im Oberkörper bei verschiedenen Sprung- und Landungsaufgaben. 2. Zusammenhänge der dynamischen Kniegelenksstabilität mit Oberkörperkinematik und neuromuskulärer Aktivität im Oberkörper – Hüftkinematik und Hüftkinetik. Die biomechanischen Belastungsindikatoren unterschieden sich zwischen den verschiedenen, repräsentativen Bewegungsaufgaben beträchtlich. Dabei zeigten der einbeinige Drop Jump (DJ) und der Side Jump (SJ) besonders ausgeprägte Belastungsindikatoren. Des Weiteren stiegen die Belastungsindikatoren mit zunehmender Belastung (Fallhöhe- bzw. Sprungweite) an. Die Untergrundbedingung, das Geschlecht und die Sportart spielten eine untergeordnete Rolle. Zur Vorhersage der Kniestabilität eigneten sich die laterale Oberkörperneigung, das Hüftabduktionsmoment und die Hüftinnenrotation. Insbesondere die Hüftinnenrotation konnte als stärkster Prädiktor identifiziert werden. Eine hohe Hüftkraft ging mit schwächeren Zusammenhängen zwischen Knieabduktionsmoment und Knieabduktion einher. Non-lineare interaktive Prädiktoreffekte unterschieden sich zum einen zwischen den Bewegungsaufgaben und zeigten zum anderen einen hohen eigenen Aufklärungsbeitrag für die laterale Oberkörperneigung, wenn diese mit der Kniekinematik und Hüftinnenrotation zur kategorialen Zuordnung des Knieabduktionsmoments und der Knierotation untersucht wurde. Die Ko-Kontraktion im Oberkörper konnte als weiterer Indikator der Oberkörperkontrolle miteinbezogen werden. Die unilateralen DJs und SJs, welche unterschiedliche Belastungsmuster typischer sportlicher Aktionen abbilden, wiesen unterschiedliche Belastungscharakteristika auf. Deshalb empfiehlt es sich beide Tests mit Variation der Fallhöhen bzw. Sprungweiten auf stabilem Untergrund in ein Screening-Verfahren unter Einbezug der Oberkörperkontrolle (Kinematik, Ko-Kontraktion) aufzunehmen. Die Oberkörperkontrolle sollte als Prädiktor der Kniestabilität non-linear und in Verbindung mit der Kniekinematik und Hüftrotation untersucht werden. Weiterhin sollte die Hüftkraft in zukünftigen Studien zur Kniestabilität und in Trainingsinterventionen einbezogen werden.
  • The knee joint is one of the most frequently affected structure in sports injury, the effects of which can have a lasting negative influence on sporting performance. For dynamic knee stability strong muscles surrounding the knee and hip joint are required in addition to an optimal upper body stability, since an increased lateral trunk lean can result in increased knee abduction angles and moments. Hip muscles act as a link between upper and lower body, influence the mechanical connection and, in case of impaired hip strength may underlie abnormal coordination patterns with accompanying instability. Furthermore, the neuromuscular control influences the overall stability during athletic movements, whereby the co-contraction of the ventral and dorsal side of the upper body has not yet been investigated in this context. The aim of this study is to contribute to the explanation of knee stability during injury relevant movements under systematic variation of loading levels and to gain a better understanding of the mechanical connection with implications for appropriate screening methods and training interventions. Due to research deficits, a 3D movement analysis in sportive athletes and judoka was designed, which (a) integrated the measurement of kinematic, kinetic and electromyographic indicators, (b) included the lower extremity and the upper body and (c) included and systematically varied various representative movement tasks: landings and jumps, one- and two-legged, vertical and lateral, stable and unstable ground as well as systematic variation of the fall or jump distance. This resulted in two central research topics: 1. Biomechanical load structure, jumping performance and neuromuscular activity in the upper body during various jumping and landing tasks. 2. Correlations of dynamic knee joint stability with upper body kinematics and neuromuscular activity in the upper body – hip kinematics and kinetics. Biomechanical load indicators differed considerably between various representative movement tasks. The one-legged Drop Jump (DJ) and Side Jump (SJ) showed particularly high load indicators. Furthermore, the load indicators increased with rising load (fall or jump distance). Underground conditions, gender and sport played a subordinate role. The lateral trunk lean, hip abduction moment and hip internal rotation were suitable for predicting knee stability. Particularly hip internal rotation was identified as the strongest predictor. Great hip force was associated with weaker correlations between knee abduction moment and knee abduction. Nonlinear interactive predictor effects differed on the one hand between the movement tasks and on the other hand showed a high own explanatory contribution for the lateral trunk lean when examined with knee kinematics and hip internal rotation for the categorical assignment of knee abduction moment and knee rotation. The unilateral DJs and SJs, which show different load patterns in typical sporting activities, exhibited different load characteristics. Therefore, it is recommended to include both tests with variation of fall heights or jump distances on stable ground in screening methods involving trunk control (kinematics, co-contraction). Trunk control should be investigated non-linearly as a predictor of knee stability and in combination with knee kinematics and hip rotation. Furthermore, the hip force should be included in future studies on knee stability and in training interventions.
Metadaten
Author:Monika PaulsORCiD
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-61410
Advisor:Arne GüllichORCiD, Michael FröhlichORCiD
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2020/11/10
Year of Publication:2020
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2020/10/20
Date of the Publication (Server):2020/11/11
Tag:Hüftkraft; Kniestabilität; Ko-Kontraktion; Oberkörperkontrolle; neuromuskuläre Aktivität
co-contraction; hip strenght; knee joint stability; neuromuscular aktivity; trunk control
Number of page:XVII, 218
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Sozialwissenschaften
DDC-Cassification:3 Sozialwissenschaften / 300 Sozialwissenschaften, Soziologie, Anthropologie
7 Künste und Unterhaltung, Architektur, Raumplanung / 796 Sport
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell, keine Bearbeitung (CC BY-NC-ND 4.0)